DE19535490A1 - Schaltungsplatine sowie Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsplatine - Google Patents
Schaltungsplatine sowie Verfahren zum Herstellen einer SchaltungsplatineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsplatine sowie ein
Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsplatine nach der
Gattung der unabhängigen Ansprüche. Schaltungsplatinen sind
für die unterschiedlichsten Anwendungen bekannt und weisen
in der Regel ein Trägersubstrat mit einer in Siebdruck oder
über Ätzverfahren hergestellten aufgedruckten
Leiterbahnstruktur auf. Die Leiterbahnen verbinden die
einzelnen, nachträglich aufgebrachten elektronischen
Komponenten, so daß eine elektronische Schaltung entsteht.
Diese Art von Schaltungsplatinen sind jedoch nur für
niedrige Ströme bis ca. 5 A geeignet. Schaltungsplatinen für
hohe Ströme bis zu 100 A weisen in der Regel eine
Leiterbahnstruktur auf, die beispielsweise separat in
Stanztechnik hergestellt und auf ein Trägersubstrat
aufgeklebt ist (DE-PS 4 78 666). Werden für eine spezielle
Anwendung sowohl hohe als auch niedere Ströme benötigt, so
werden hierfür gesonderte Platinen hergestellt und über
Kabel- und Steckverbindungen elektrisch miteinander
verbunden. Es ist auch schon bekannt, die Schaltungsplatinen
für hohe und niedere Ströme in einem festen definierten
Abstand voneinander anzubringen und über feste Drahtbrücken
miteinander zu verbinden. Diese Lösungen sind jedoch sehr
kostenintensiv und benötigen ein erhöhtes Platzangebot.
Außerdem werden durch die frei stehenden Drahtbrücken mehr
oder weniger kleine Antennen bzw. Schwingkreise erzeugt,
über die möglicherweise elektromagnetische Streufelder ein
und/oder ausgekoppelt werden können. Deshalb sind erhebliche
Aufwendungen zur Verbesserung der elektromagnetischen
Verträglichkeit dieser Schaltungsarten notwendig.
Die erfindungsgemäße Schaltungsplatine mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß auf einer
Schaltungsplatine sowohl Schaltungen, die mit niedrigen
Strömen als auch Schaltungen, die mit hohen Strömen
betrieben werden, aufgebracht werden können. Ein Verdrahten
über längere Strecken zwischen zwei separaten
Schaltungsplatinen entfällt. Die elektrische Verbindung wird
einfach mittels Steckkontakte erreicht, die durchkontaktiert
werden, wobei als Steckkontakte einzelne Stifte oder
besonders vorteilhaft die Anschlußbeine für die elektrischen
Komponenten der Hochstromschaltung Verwendung finden. Die
elektromagnetische Verträglichkeit ist aufgrund der kurzen
Leitungen zwischen den Platinenteilen sehr gut; aufwendige
Kompensationsschaltungen können entfallen.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß durch die
Leiterplatte für Hochstrom separate Kühlkörper für
Leistungsbauelemente im Niederstrombereich entfallen können,
da durch die direkte Ankopplung der beiden Platinen und die
gute Wärmeleitung über die Steckkontakte die Wärme direkt
von der großflächigen Leiterbahnstruktur im Hochstrombereich
abgestrahlt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind
vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltungsplatine nach dem
Hauptanspruch möglich. Ist die Trägerplatine aus Glasfaser
und/oder Glasfasermatten verstärktem Epoxidharz, so
gewährleistet dieses ein gutes Temperaturverhalten mit
geringem Wärmeverzug. Ferner weisen die eingepreßten
Steckkontakte eine hohe Auszugskraft auf und im Bereich der
Einpreßzonen ist durch diese Maßnahme ein Ausreißen
verhindert.
In vorteilhafter Weise ist die Hochstromleiterplatte als
Leiterbahnstruktur ausgebildet, die durch eine Klebefolie
zusammengehalten wird. Dabei kann die Klebefolie auch als
Isolierung gegenüber der Trägerplatine oder gegenüber
anderen Hochstromleiterplatten dienen. In die
Leiterbahnstruktur sind Löcher vorzugsweise eingestanzt, die
die Steckkontakte aufnehmen und eine elektrische Verbindung
zu den anderen Leiterbahnen bzw. zur Trägerplatine
ermöglicht. Die Leiterbahnstruktur ist ebenfalls in
vorteilhafter Weise aus Vollmaterial, d. h. aus Blech oder
einer Folie gestanzt. Mehrere dieser Hochstromleiterplatten
und/oder mehrere Trägerplatinen können vorteilhaft zu einer
kompletten Schaltungsplatine vereinigt sein.
Als besonders haltbare elektrische Verbindung haben sich
Kontakte mit einem Gewinde erwiesen, wobei die Kontakte
bevorzugt kegelförmig zulaufen und ein einer Blechschraube
ähnliches Gewinde aufweisen. Diese Maßnahmen bewirken, daß
thermische Ausdehnungen nur einen verschwindend geringen
Einfluß auf die Kontaktierung besitzen.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen einer
Schaltungsplatine der eingangs genannten Art wird die
Leiterbahnstruktur der Hochstromleiterplatte aus einem Blech
oder einer Folie ausgestanzt, wobei Stege zwischen den
einzelnen Leiterbahnen stehengelassen werden, um diese
zusammenzuhalten. Diese Struktur wird auf eine Klebefolie
aufgebracht, wonach die Stege ausgestanzt werden können.
Nach dem Aufbringen dieser Hochstromleiterplatte auf die
Trägerplatine wird diese fixiert und kontaktiert. Das
Fixieren kann in vorteilhafter Weise auch direkt durch die
Kontaktstifte erfolgen.
Bei einem weiteren Verfahren zum Herstellen der
Schaltungsplatine der eingangs genannten Art wird die
Klebeschicht auf die Trägerplatine aufgebracht und mit der
bereits vorgestanzten, noch mit Stegen versehenen
Leiterbahnstruktur der Hochstromplatine verbunden. Danach
werden die Stege ausgestanzt und die Platinen durch
Durchkontaktieren elektrisch miteinander verbunden.
Die Kontaktstifte und die elektrischen Bauelemente für die
Hochstromtechnik werden in vorteilhafter Weise eingepreßt
oder eingesteckt und können eine oder mehrere
Hochstromleiterplatten und/oder Trägerplatinen elektrisch
miteinander verbinden.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsplatine gemäß
dem ersten Ausführungsbeispiel im Schnitt, Fig. 2 eine
erfindungsgemäße Schaltungsplatine nach dem zweiten
Ausführungsbeispiel ebenfalls im Schnitt, Fig. 3 eine
Draufsicht auf eine Schaltungsplatine gemäß Fig. 2 und
Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer Schaltungsplatine mit
eingebrachten Gewindekontakten ebenfalls im Schnitt.
In Fig. 1 ist, eine Schaltungsplatine 10 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel im Schnitt gezeigt, die eine
Trägerplatine 12 und zwei Hochstromplatinen 14 und 16
aufweist. Die Trägerplatine 12 weist einen Grundkörper 18
auf, der beidseitig mit einer Leiterbahnstruktur 20 versehen
ist, die beispielsweise durch Siebdruck oder Ätztechnik
erzeugt wurden. Diese Leiterbahnstruktur 20 ist ausgelegt
für niedrige Ströme, wie sie üblicherweise in elektronischen
Schaltungen auftreten.
Auf einer Seite 22 sind elektronische Bauelemente 24
aufgelötet, die über die Leiterbahnstruktur 20 untereinander
in Verbindung stehen. Auf der der Seite 22
gegenüberliegenden Seite ist die Hochstromplatine 14 mittels
einer Klebefolie 26 fest mit der Trägerplatine 12 verbunden.
Auf die der Trägerplatine 12 gegenüberliegenden Seite der
Hochstromplatine 14 ist ebenfalls über eine Klebefolie 26
die Hochstromplatine 16 auf der Hochstromplatine 14
aufgebracht.
Die Hochstromplatinen 14 und 16 bestehen aus einzelnen
Leiterbahnen 28, die zusammen eine Leiterbahnstruktur 30
bilden (Fig. 3). Die einzelnen, voneinander getrennten
Leiterbahnen 28 der Hochstromplatine 14 bzw. 16 sind direkt
auf die Trägerplatine 12 bzw. auf die Hochstromplatine 14
aufgeklebt. Der Einsatz von Klebefolien 26 verleiht dem
gesamten Aufbau einen äußerst stabilen Verbundcharakter.
Auf der Hochstromplatine 16 sind auf der, der Trägerplatine
12 gegenüberliegenden Seite 32 elektrische Bauelemente wie
Kondensatoren, Widerstände, Relais usw. aufgebracht. Dazu
weisen diese Bauelemente 34 mehr oder weniger lange Beinchen
36 auf, die mit mindestens einer der Platinen 14, 16 oder
mit der Leiterbahnstruktur 20 elektrisch verbunden sind.
Die elektrische Verbindung der Beinchen 36 mit den
Leiterbahnen 28 und/oder der Leiterbahnstruktur 20 ist durch
eine mechanische Verbindung erreicht, die durch Einstecken
bzw. ein Einpressen der stiftartigen Beinchen 36 in die
Leiterbahnen erreicht wird. Die Auszugsfestigkeit der
elektrischen Bauteile 34 kann dadurch erhöht werden, daß
mindestens eines der Beinchen 36 in die Trägerplatine 12
eingepreßt ist. Für den Fall, daß eine elektrische
Verbindung zu einer bestimmten Leiterbahn nicht gewünscht
ist, diese aber von einem Beinchen 36 durchdrungen wird, ist
die entsprechende Aussparung 38 größer als der Durchmesser
des Beinchens 36. Es ist auch möglich, wenn an einer Stelle
keine elektronischen Bauteile 34 aufgebracht sind, für die
elektrische Verbindung einen Steckkontakt 38 in Stiftform
einzusetzen. Dieser Steckkontakt 38 kann auch eine
Anschlußfahen 39 aufweisen oder zusammen mit einem anderen
Steckkontakt 38 als Sicherungshalter eingesetzt sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, bei dem für
gleiche Bauteile gleiche Bezugszahlen verwendet wurden,
weist eine Trägerplatine 12 auf, die in ihrer
Längserstreckung größer ist als die Hochstromplatinen 14, 16
und in einem Bereich 40 übersteht. Im Bereich der
Hochstromplatinen 14, 16 weist die Trägerplatine 12 keine
elektronischen Bauteile auf, vielmehr sind die
Hochstromplatinen 14, 16 beidseitig auf einander
gegenüberliegenden Seiten der Trägerplatine 12 mittels
Klebefolien 26 aufgebracht. Die elektronischen Bauteile 24
befinden sich im Bereich 40 und sind dort beidseitig
angeordnet. Die Führung der Leiterbahnstruktur 20 sowie der
Hochstromleiterbahnstruktur 30 ist in Fig. 3 schematisch
angedeutet.
Die Trägerplatine 12 ist vorzugsweise aus Glasfaser oder
glasfasermatten verstärktem Epoxidharz gefertigt. Hierdurch
wird zum einen eine hohe Auszugskraft der Steckkontakte
erreicht und zum anderen reißt dieses Material nicht ein,
wenn die Einsteckstifte 38 bzw. die Beinchen 36 eingepreßt
werden. Außerdem garantiert dieses Material ein gutes
Temperaturverhalten, wodurch die Gefahr einer thermischen
Schädigung aufgrund unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
verringert ist.
Als Klebefolien finden vorzugsweise solche Folien Anwendung,
auf die zum einen ein gut haftender Klebstoff aufbringbar
ist und die zum anderen elektrisch isolierend wirken. Mit
dieser Klebefolie 26 lassen sich dann eine oder mehrere
Hochstromleiterplatten 14, 16 auf eine oder mehrere
Trägerplatinen 12 aufkleben und somit sehr komplexe
Strukturen erzeugen. Wie schon erwähnt, fördert die Folie im
Gegensatz zu einer als Paste aufgebrachten Klebeschicht den
Verbund der kompletten Schaltungsplatine 10, der aufgrund
der mehrere Ebenen durchgreifenden Stifte 38 und Beinchen 36
weiter erhöht wird.
Eine Steigerung der Festigkeit und des Zusammenhalts der
einzelnen Ebenen 12, 14, 16 sowie der Auszugskraft der
Steckkontakte 38 kann durch ein Gewinde 44 im mit den
Platten zusammenwirkenden Bereich des Steckkontakts 38
erhöht werden. Der Steckkontakt 38 wird dann in die
aufeinander gepreßten Platten 12, 14, 16 eingedreht, wobei
sich das Gewinde in den Durchgang der Platten einschneidet.
Das Gewinde 44 kann zylinderförmig oder leicht kegelförmig
ausgebildet sein. Ferner weisen die Steckkontakte bevorzugt
eine oder mehrere Anschlußfahnen 46 auf.
Die Schaltungsplatine 10 wird hergestellt, indem die
Leiterbahnstruktur 30 der Hochstromleiterplatten 14, 16 aus
einem Blech oder einer Folie ausgestanzt wird, wobei Stege
vorgesehen sind, die die einzelnen Leiterbahnen 28
zusammenhalten. Auf diese Struktur wird eine Klebefolie 26
aufgebracht und anschließend die nicht benötigten Stege
ausgestanzt. Im weiteren wird dieser Verbund auf die bereits
vorbereitete, mit elektronischen Bauelementen versehene
Trägerplatine 12 aufgeklebt und die elektrischen Bauelemente
34 aufgesteckt, wobei mittels Steckkontakte 38 und den
Beinchen 36 der elektrischen Bauelemente 34 die Platinen 12,
14, 16 kontaktiert und fixiert werden. Die dafür notwendigen
Durchbrüche wurden bereits beim ersten oder zweiten
Stanzvorgang in die Leiterbahnen 28 eingebracht.
Bei der Herstellung der Schaltungsplatine 10 ist es auch
möglich, die Klebefolie 26 auf die bereits vorbereitete
Trägerplatine 12 aufzubringen, darauf die bereits
ausgestanzte, mit Stegen versehene Leiterbahnstruktur 30 der
Hochstromleiterplatinen 14, 16 aufzukleben, die Stege
auszustanzen und die Kontaktierung zu vollziehen.
Die Kontaktstifte 38 bzw. die Bauelemente 34 werden entweder
nur eingesteckt oder über einen erheblichen Kraftaufwand
eingepreßt. Die dafür notwendigen Kräfte liegen beim
Einpressen zwischen 400 bis 800 N. Da mehrere
Hochstromleiterplatten und/oder Trägerplatinen übereinander
gestapelt werden können, muß die Länge der Kontaktstifte 38
bzw. der Beinchen 36 auf die Dicke der Schaltungsplatinen
und die Durchmesser auf den zu erwartenden Kraftaufwand beim
Einstecken bzw. Einpressen abgestimmt sein.
Claims (15)
1. Schaltungsplatine, insbesondere für die Zentralelektrik
eines Kraftfahrzeugs, mit einer Trägerplatine, die eine
Leiterbahnstruktur zum Verbinden elektronischer Bauelemente
aufweist, die mit niedrigem Strom betreibbar sind und mit
Durchbrüchen zur Aufnahme elektrischer Kontakte, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine Leiterplatte (14, 16)
für Bauelemente, die mit hohem Strom betreibbar ist, auf die
Trägerplatine (12) aufgebracht und mittels Steck- und/oder
Einpreßkontakten (38) mit der Trägerplatine (12) elektrisch
und mechanisch verbunden ist.
2. Schaltungsplatine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerplatine (12) aus durch
Glasfasern oder Glasfasermatte verstärktem Epoxidharz
besteht.
3. Schaltungsplatine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hochstromleiterplatine (14, 16) eine
vorzugsweise gestanzte Leiterbahnstruktur aufweist und mit
der Trägerplatine (12) mittels einer zwischen der
Trägerplatine (12) und der Hochstromleiterplatine (14, 16)
angeordneten Klebefolie (26) verbunden ist.
4. Schaltungsplatine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
eine elektrisch isolierende Klebefolie (26).
5. Schaltungsplatine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hochstromplatine (14, 16)
und die Trägerplatine (12) Steck- und/oder Einpreßkontakte
aufnehmende Durchbrüche aufweist.
6. Schaltungsplatine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterbahnstruktur (30) der Hochstromleiterplatine (14, 16)
aus Blech oder Folie ausgestanzt ist.
7. Schaltungsplatine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere
Hochstromleiterplatinen (14, 16) und/oder mehrere
Trägerplatinen (12) übereinander angeordnet sind.
8. Schaltungsplatine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische
Anschlußbeine (36) von auf der Hochstromleiterplatine (14,
16) angeordneten elektrischen Bauelementen (34) die
Leiterbahnen (20, 28) der Trägerplatine (12) und der
Hochstromleiterplatine (14, 16) elektrisch miteinander
verbinden.
9. Schaltungsplatine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Steckkontakte (38)
mit einem zylindrisch oder kegelförmigen Gewinde die
Leiterbahnen (20, 28) der Trägerplatine (12) und der
Hochstromplatine (14, 16) elektrisch miteinander verbinden.
10. Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsplatine,
insbesondere für die Zentralelektrik eines Kraftfahrzeugs,
mit einer Trägerplatine, die eine Leiterbahnstruktur zum
Verbinden elektronischer Bauelemente aufweist, die mit
niedrigen elektrischen Strömen betreibbar sind und mit
Durchbrüchen zur Aufnahme elektrischer Kontakte,
insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnstruktur (30)
einer Hochstromleiterplatte aus einem Blech oder einer Folie
ausgestanzt wird, wobei Stege vorgesehen sind, die die
einzelnen Leiterbahnen (28) zusammenhalten, daß eine
Klebefolie auf die ausgestanzte Leiterbahnstruktur
aufgebracht wird, daß anschließend die Stege ausgestanzt
werden und die Leiterbahnstruktur dann auf die Trägerplatine
(12) aufgebracht und kontaktiert wird.
11. Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsplatine,
insbesondere für die Zentralelektrik eines Kraftfahrzeugs,
mit einer Trägerplatine, die eine Leiterbahnstruktur zum
Verbinden elektronischer Bauelemente aufweist, die mit
niedrigen elektrischen Strömen betreibbar sind, und mit
Durchbrüchen zur Aufnahme elektrischer Kontakte,
insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnstruktur (30)
einer Hochstromleiterplatine (14, 16) aus einem Blech oder
einer Folie ausgestanzt wird, wobei Stege vorgesehen sind,
die die einzelnen Leiterbahnen (28) zusammenhalten, daß auf
die Trägerplatine (12) eine Klebeschicht aufgebracht wird,
daß die die Stege aufweisende Leiterbahnstruktur (30) auf
die Klebeschicht aufgebracht wird, daß die Stege ausgestanzt
werden und daß die Hochstromleiterplatine (14, 16) mit der
Trägerplatine (12) kontaktiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß Kontaktstifte (38) eingesteckt und/oder
eingepreßt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß elektrische Bauelemente (34) mit
Anschlußbeinen (36) in Kontaktstellen eingesteckt und/oder
eingepreßt werden und eine elektrische Verbindung zwischen
unterschiedlichen Leiterbahnen (20, 28) bewirken.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Hochstromleiterplatinen (14, 16)
und/oder mehrere Trägerplatinen (12) übereinander gestapelt
und kontaktiert werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Gewinde aufweisende elektrische
Anschlüsse in Durchbrüche der Schaltungsplatine
eingeschraubt werden.
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ID=7773034
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